В работе 2015 года, посвященной куриному вирусу, было показано, что вакцины могут позволить распространяться более смертоносным вариантам - среди цыплят.
Но такой исход редок. Лишь меньшинство вакцин для людей и животных повлияли на эволюцию вируса. В большинстве этих случаев эволюция не привела к увеличению тяжести патогена.
Гипотетическая возможность того, что вакцины COVID-19 могут привести к появлению более опасных вариантов, не является причиной для отказа от прививок. Скорее, это свидетельствует о необходимости продолжать разработку вакцин.
В 2015 году ученые опубликовали научную работу о курином вирусе, о котором вы, скорее всего, никогда не слышали. В то время она привлекла внимание СМИ, и в последующие годы ее цитировали другие ученые.
Но к концу августа 2021 года, эту статью просмотрели более 350 000 раз. Она даже появилась в видеоролике на YouTube, который посмотрели 2,8 миллиона человек.
Статья стала вирусной, потому что некоторые люди используют ее для разжигания паранойи, что вакцины COVID-19 вызовут эволюцию вируса в направлении еще более тяжелых вариантов. Врачи говорили мне, что пациенты используют эту статью, чтобы оправдать свое решение отказаться от вакцинации. Некоторые эксперты даже призывают прекратить кампании по вакцинации, чтобы предотвратить эволюцию вируса, которую мы изучали на цыплятах.
Я ежедневно получаю электронные письма от людей, которые беспокоятся о том, чтобы самим сделать прививку, или беспокоятся о том, что люди отвергают вакцинацию из-за непонимания этой статьи.
Ничто в нашей статье даже отдаленно не оправдывает антивакцинальную позицию. Такое неверное толкование - если оно заставит людей отказаться от вакцинации - приведет к гибели людей, которой можно избежать, и к трагедии. По оценкам нового исследования, по состоянию на начало мая 2021 года вакцины уже предотвратили почти 140 000 смертей.
Более 20 лет ученые работают над тем, как вакцины могут повлиять на эволюцию вызывающих болезни организмов, таких как вирусы и малярийные паразиты.
Ни одно из открытий или даже гипотез не оправдывает отказ от вакцин. В любом случае, работа дает дополнительные основания для изучения новых графиков вакцинации и разработки вакцин второго и третьего поколения.
Но в контексте вируса COVID-19 работа ученых вызывает справедливый вопрос: Может ли вакцинация привести к появлению еще более опасных вариантов?
От цыплят к COVID-19
В работе 2015 года ученые сообщили об экспериментах с вариантами вируса болезни Марека - так назывался вирус курицы, который они изучали. Это герпесвирус, который вызывает рак у домашних кур. Вакцина первого поколения против него стала широко использоваться в птицеводстве в начале 1970-х годов. Сегодня все коммерческие куры и многие дворовые стада вакцинируются против болезни Марека.
Куры, зараженные вирусом болезни Марека, становятся способными передавать вирус примерно через 10 дней после заражения. В лабораторных экспериментах работали с такими вариантами вируса болезни Марека, которые были настолько смертоносны, что убивали всех невакцинированных птиц за 10 дней или меньше. Таким образом, до появления вакцины птицы умирали до того, как могли передать смертельные варианты другим птицам. Но ученые обнаружили, что вакцина первого поколения защищала птиц от смерти. Другими словами, зараженные болезнью Марека куры выживали и, таким образом, могли распространять высоковирулентные штаммы среди других птиц.
В случае с COVID-19 становится все более очевидным, что даже вакцинированные люди могут заразиться и передать высокотрансмиссивный дельта-вариант. Поскольку передача вируса от вакцинированных кур позволила распространиться более смертоносным вариантам болезни Марека, вполне резонно спросить, может ли передача COVID-19 от вакцинированных людей позволить распространиться более смертоносным вариантам.
Эволюция может идти в разных направлениях
Эволюционный путь, по которому пошел вирус болезни Марека, является одним из многих возможных - в редких случаях, когда вакцины стимулируют эволюцию.
Лишь меньшинство вакцин для людей и животных повлияли на эволюцию патогенов. Почти во всех этих случаях, включая вирус гепатита В и бактерии, вызывающие коклюш и пневмонию, эффективность вакцин снижалась из-за появления новых вариантов. Но в отличие от болезни Марека, не было четких доказательств того, что эволюционировавшие варианты вызывали более тяжелые заболевания у людей.
В природе, конечно, известно, что не все вирусы одинаково смертоносны. Биологические различия в таких вещах, как связь между тяжестью заболевания и передачей вируса, могут привести к увеличению или уменьшению летальности. Это означает, что будущее одного вируса нельзя предсказать, просто экстраполируя прошлую эволюцию другого. Вирус Марека и SARS-CoV-2 - очень разные вирусы, с очень разными вакцинами, очень разными хозяевами и очень разными механизмами, с помощью которых они болеют и убивают. Невозможно понять, являются ли их различия более важными, чем их сходство.
Эволюционные гипотезы важно рассматривать. Но на фоне огромного положительного влияния вакцин COVID-19 на снижение передачи и тяжести заболевания - даже против дельта-варианта - возможность тихого распространения более смертоносных вариантов среди вакцинированных все еще не является аргументом против вакцинации.
По мере распространения новых вариантов коронавируса в ближайшие месяцы и годы будет крайне важно выяснить, возникает ли их эволюционное преимущество из-за снижения тяжести заболевания среди вакцинированных. Дельта, например, передается более эффективно как от невакцинированных, так и от вакцинированных людей, чем предыдущие варианты. Экстраполяция куриной работы на аргументы против вакцинации из-за варианта дельта не имеет научного обоснования: вариант дельта стал бы доминирующим, даже если бы все отказались от вакцинации.
Но что если?
Если появятся более смертоносные варианты коронавируса, снижение уровня вакцинации облегчит их выявление и сдерживание, поскольку невакцинированные люди будут страдать от более тяжелых инфекций и более высокого уровня смертности. Но такое "решение" будет стоить немалых денег. По сути, варианты будут найдены и уничтожены, если позволить людям заболеть, многие из которых умрут.
Жертвоприношение цыплят не стало решением проблемы вируса болезни Марека, принятым птицеводческой промышленностью. Вместо этого были разработаны более мощные вакцины. Эти новые вакцины обеспечили превосходный контроль над заболеванием, и за более чем 20 лет не появилось ни одного смертельно опасного прорывного варианта болезни Марека.
Возможно, имеющиеся вакцины COVID-19 могут быть усовершенствованы в будущем, чтобы лучше снизить передачу инфекции. Могут помочь бустерные прививки, большие дозы или различные интервалы между дозами; также могут помочь комбинации существующих вакцин. Исследователи активно работают над этими вопросами. Вакцины нового поколения могут еще лучше блокировать передачу инфекции. Например, назальные вакцины могут эффективно сдерживать передачу вируса, поскольку они более целенаправленно воздействуют на место расположения передающегося вируса.
По состоянию на конец августа 2021 года, более 625 000 людей умерли от болезни, которую теперь в основном можно предотвратить с помощью вакцин. Меня отрезвляет мысль о том, что некоторые из следующих умерших могли избежать спасительных вакцин из-за того, что люди разжигают эволюционные страхи, экстраполированные из исследований на цыплятах.
В истории вакцин для людей и животных было не так много случаев эволюции, вызванной вакцинами. Но в каждом из них отдельные люди и популяции всегда становились лучше после вакцинации. В каждый момент 50-летней истории вакцинации против болезни Марека отдельная курица, подвергшаяся воздействию вируса, была здоровее, если она была привита. Варианты могли уменьшить пользу от вакцинации, но они никогда не устраняли ее. Эволюция - не причина избегать вакцинации.
Многие биологи считают, что есть, такие типы вирусов: бактериофаги или вирусы, заражающие бактерии. Когда ДНК этих вирусов попадает в клетку, она может содержать инструкции, позволяющие клетке выполнять новые трюки.
Могучая сила бактериальных вирусов
Бактериофаги, или сокращенно фаги, держат под контролем популяции бактерий как на суше, так и в море. Ежедневно они убивают до 40% бактерий в океанах, помогая контролировать цветение бактерий и перераспределение органических веществ.
Их способность избирательно убивать бактерии также радует врачей. Природные и сконструированные фаги успешно используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются антибиотикам. Этот процесс, известный как фаговая терапия, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Последние исследования указывают на еще одну важную функцию фагов: они могут быть самыми лучшими генетическими мастерами природы, создающими новые гены, которые клетки могут перестраивать для получения новых функций.
Фаги являются самой распространенной формой жизни на планете: в любой момент в мире насчитывается не один миллион - это единица с 31 нулем после нее. Как и все вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации, то есть при каждом размножении они образуют множество вариантов с различными характеристиками.
Большинство фагов имеют жесткую оболочку, называемую капсидом, которая заполнена их генетическим материалом. Во многих случаях оболочка имеет больше места, чем требуется фагу для хранения ДНК, необходимой для его репликации. Это означает, что у фагов есть место для хранения дополнительного генетического багажа: генов, которые на самом деле не нужны для выживания фага и которые он может изменять по своему усмотрению.
Как бактерии перенастроили вирусный переключатель?
Чтобы понять, как это происходит, давайте более подробно рассмотрим жизненный цикл фага.
Фаги бывают двух основных видов: умеренные и вирулентные. Вирулентные фаги, как и многие другие вирусы, действуют по программе "вторжение-репликация-убийство". Они проникают в клетку, захватывают ее компоненты, создают свои копии и вырываются наружу.
Фаги умеренного типа, с другой стороны, играют в долгую игру. Они соединяют свою ДНК с ДНК клетки и могут лежать в спящем состоянии годами, пока что-то не вызовет их активацию. Тогда они возвращаются к вирулентному поведению: реплицируются и вырываются наружу.
Многие умеренные фаги используют повреждение ДНК в качестве пускового механизма. Это своего рода сигнал "Хьюстон, у нас проблема". Если ДНК клетки повреждается, это означает, что ДНК фага-резидента, скорее всего, будет повреждена следующей, поэтому фаг мудро решает перепрыгнуть на другой корабль. Гены, которые направляют фаг на репликацию и вырываются наружу, выключены, если не обнаружено повреждение ДНК.
Бактерии перенастроили механизмы, контролирующие этот жизненный цикл, чтобы создать сложную генетическую систему, которую ученые изучают уже более двух десятилетий.
Бактериальные клетки также заинтересованы в том, чтобы знать, не повреждается ли их ДНК. Если это так, они активируют набор генов, которые пытаются восстановить ДНК. Эта реакция известна как бактериальная реакция SOS, потому что если она не сработает, клетка погибнет. Бактерии организуют SOS-ответ с помощью белка, похожего на переключатель, который реагирует на повреждения ДНК: Он включается, если есть повреждение, и выключается, если его нет.
Возможно, что бактериальные и фаговые переключатели эволюционно родственны. В связи с этим возникает вопрос: Кто изобрел переключатель, бактерии или вирусы?
Предыдущие исследования и работы других исследователей показывают, что фаги сделали это первыми. В нашем недавнем докладе мы обнаружили, что SOS-реакция бактерий Bacteroidetes, группы бактерий, составляющих до половины бактерий, живущих в вашем кишечнике, находится под контролем фагового переключателя, который был перенастроен для реализации собственных сложных генетических программ бактерий. Это позволяет предположить, что бактериальные SOS-переключатели на самом деле являются фаговыми переключателями, которые были перенастроены много веков назад.
Не только бактериальные переключатели оказываются изобретениями фага. Прекрасная детективная работа показала, что бактериальный ген, необходимый для деления клеток, также возник в результате "одомашнивания" гена токсина фага. А многие системы бактериальной атаки, такие как токсины и генетическое оружие, используемое для их введения в клетки, а также камуфляж, который они используют для уклонения от иммунной системы, известны или подозреваются в фаговом происхождении.
Положительные стороны вирусов.
Хорошо, подумаете вы, фаги - это здорово, но вирусы, которые нас заражают - это, конечно, не круто. Тем не менее, появляется все больше доказательств того, что вирусы, заражающие растения и животных, также являются основным источником генетических инноваций в этих организмах. Например, было показано, что одомашненные вирусные гены играют ключевую роль в эволюции плаценты млекопитающих и в поддержании влажности кожи человека.
Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, в котором находится ДНК, также могло быть вирусным изобретением. Исследователи также предположили, что предки современных вирусов могли быть пионерами в использовании ДНК в качестве первичной молекулы для жизни. Не такой уж маленький подвиг.
Поэтому, хотя вы привыкли считать вирусы квинтэссенцией злодея, они, возможно, являются мощным двигателем генетических инноваций в природе. Люди существуют сегодня, скорее всего, благодаря им.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Эта идея, в некотором роде, заложена в правилах легкой атлетики. В соревнованиях с несколькими забегами - от студенческого уровня до Олимпийских игр - люди, показавшие более высокое время в ранних забегах, назначаются на средние дорожки в последующих забегах. Другими словами, самые быстрые бегуны получают вознаграждение в виде, как предполагается, лучших дорожек.
Моя недолгая беговая карьера давно позади, но в своей профессиональной деятельности я много думаю об использовании статистики для извлечения смысла из данных. В преддверии Олимпийских игр я решил проверить достоверность фольклора о распределении дорожек, оставшегося со времен моей спринтерской карьеры.
Используя данные Международной ассоциации легкоатлетических федераций за 20 лет, я обнаружил, что давние убеждения о преимуществе дорожки не подтверждаются данными. И на самом деле, в спринте на 200 метров данные свидетельствуют о том, что дорожки, которые часто воспринимаются как наименее желательные, на самом деле являются самыми быстрыми.
Первым шагом в создании модели затонувшего корабля было обучение компьютера тому, как выглядит затонувший корабль. Также важно было научить компьютер отличать затонувшие корабли от рельефа морского дна. Для этого понадобилось множество примеров кораблекрушений. Также нужно было научить модель тому, как выглядит естественное дно океана.
Удобно, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований ведет общедоступную базу данных о затонувших кораблях. У нее также есть большая общедоступная база данных различных видов изображений, собранных по всему миру, включая сонарные и лидарные снимки морского дна.
Техническая поддержка проекта ВсеТут